LEGO kocke za malo večje otroke

• Ales Zorko :: 3. avg 2005

LEGO kocke. Večina ljudi ob tej besedi pomisli na otroške igrače, a kot boste videli v članku, se da iz njih narediti tudi zelo resne izdelke. Z LEGO kockami se ukvarjam že od malih nog, v zadnjih desetih letih pa sem začel delati na malo bolj resnih projektih. Moj cilj je pokazati, da je možno tudi iz LEGO kock izdelati zelo kompleksne konstrukcije, predvsem vozila. Predstavil vam bom trenutno evolucijsko stopnjo na moji poti do LEGO avtomobila, ki oponaša vse osnovne funkcije pravih jeklenih konjičkov.

Motor

Začnimo pri jedru celotnega avtomobila, motorju. Prvi pnevmatski motor, ki sem ga naredil, je imel le nekaj vrtljajev v minuti in je bil precej velik. Od takrat je minilo že deset let in danes je v avtomobilu motor V8, ki zmore 960 vrtljajev v minuti, obstaja pa tudi inačica s štirimi cilindri, ki zmore celo 1200 vrtljajev. Motor je izjemno močan, kar mi je povzročalo preglavice pri celotni konstrukciji avtomobila -- kratko je potegnilo precej delov, posebno diferencial, ki je večkrat razpadel na kose, preden mi je zadevo uspelo ukrotiti.

Osnovni princip delovanja motorja je zelo enostaven. Zrak potuje od izvora (tega ponavadi predstavlja stacionaren kompresor s 50 litrskim rezervoarjem za zrak) do ventilov, ki ga usmerijo v cilindre. Vsak od teh ima 2 delovni komori, tako da je motor dejansko enotakten. Vsi cilindri opravljajo delo pri dvigu in spustu, enako kot se to dogaja pri batnih parnih strojih. Stvar se v teoriji zdi precej enostavna, mehanska izvedba pa je malce bolj zapletena.

Krmiljenje vsake vrste ventilov opravljata 2 odmični gredi, ki se vrtita v nasprotnih smereh in omogočata zelo gladko in hitro prestavljanje ročice ventilov. Vsa zadeva je povezana z ročično gredjo preko verige, s katero lahko motor tudi nastavljamo oziroma tunamo. Odvisno od tega, ali želimo več obratov ali mirnejši tek, lahko verigo pomaknemo za kak zob naprej ali nazaj. Motor ima zelo zanimivo lastnost, ki je skupna tudi parnim strojem -- ne potrebuje sklopke in menjalnika, ker že takoj (iz nič obratov) razvije veliko moč in navor.

Dodatnih podrobnosti o izdelavi motorja vam na tem mestu ne bi izdajal, saj slika pove več kot tisoč besed.

Pogonski sklop

Pogonski sklop je narejen zelo enostavno. Začetni poskusi s tristopenjskim avtomatskim menjalnikom so klavrno propadli, ker ta zaradi premočnega motorja ni zdržal naporov. Zato sem se odločil slediti dokaj preprosti smernici za reševanje problemov: manj, kot je sestavnih delov, manj stvari se lahko pokvari oziroma, v primeru LEGO kock, zlomi.

Sklopka

Kot sem omenil malce višje, motor ne potrebuje klasične sklopke in menjalnika. Takoj za motorjem je zato nameščena le prostotekoča sklopka, po domače račna, ki v običajnih pogojih dovoli motorju, da avto poganja. Pomembna je predvsem, ko se pogonska os zaradi hitrosti avtomobila vrti hitreje kot izhodna os motorja. Takrat sklopka preskoči in s tem pogonski sklop zavaruje pred nepotrebnimi silami. Preden sem jo vgradil, sem uničil 4 zobnike v diferencialu, ker so na njih delovale ob izklopu motorja tako velike sile, da so poškodovale zobe. To se je zgodilo, če sem hotel avtomobil upočasniti ali ustaviti, ker je takrat vsa teža vozila pritiskala na zobe, ki pa se zaradi velike kompresije motorja niso mogli premakniti. Popustil je najšibkejši člen -- v tem primeru zobje na zobnikih.

Diferencial

Diferencial prenaša moč motorja na zadnja kolesa v razmerju 1:1, kar pomeni, da se kolesa vrtijo z enakim številom obratov, kot izhodna gred motorja. Če pogledamo številke: pri 960 vrtljajih motorja v minuti in obsegu kolesa 29 cm, znaša končna hitrost vozila slabih 17 km/h. Diferencial je edini gradnik z zobniki in tako tudi najšibkejši člen celotne motorne konstrukcije. Poleg tega, da je odgovoren za prenos sil z motorja na zadnja kolesa, je istočasno tudi nosilec zadnje preme.

Podvozje

Podvozje je narejeno relativno enostavno, spredaj in zadaj ima avtomobil MacPhersonove vzmetne noge, ki jih najdemo pri večini današnjih avtomobilov. Na sprednji osi ima takoimenovan sprednji most, ki nosi prednje vilice. Nanj je pritrjen motor in vanj je integriran tudi krmilni mehanizem. Vlogo zadnjega mostu je prevzelo ohišje diferenciala, ki nosi spodnja trikotna vodila, zadnja os pa je pritrjena še z dodatnimi vzdolžnimi vodili, ki so nujno potrebna zaradi moči motorja.

Prednost zgoraj navedenega MacPhersonovega sistema je enostavna zgradba, trdnost, majhna potreba po prostoru in prilagodljivost. Tako ni nenavadno, da je ta sistem najbolj razširjen pri sodobnih avtomobilih. Več besed v tem odstavku ne bom izgubljal, raje si oglejte slike.

Zavore

Tako je, izdelal sem tudi zavore, vendar je verzija, vgrajena v Mustanga, šele v alfa fazi testiranja. V kabini se nahaja zavorni cilinder, ki prenaša silo našega prsta na 2 manjša cilindra, nameščena na kolesih. Ob pritisku se skrčita in zategneta zavorne čeljusti, pri tem pa se ustvari trenje med njimi in gumijastim kolesom, ki je privijačeno in prilepljeno na platišče. Opisan zavorni tokokrog je napolnjen z destilirano vodo.

Karoserija

Karoserija se precej razlikuje od klasičnih LEGO stvaritev -- želel sem namreč ustvariti samonosno avtomobilsko školjko, ki bi bila čim lažja. Zato sem moral izbrati nekaj zanimivih pristopov in uporabiti vse svoje znanje. Streha je ključni del strukture, ker se nanjo dejansko opira celotna teža vozila in je istočasno odgovorna za torzijsko stabilnost. Zadnja blatnika sta del nosilne strukture zadnjega dela vozila, prav tako so pragovi odgovorni za to, da avto ne razpade na dva kosa. Močno sem se zgledoval po dejanski strukturi avtomobilske karoserije, kjer so dejansko vsi deli nujno potrebni za čimvečjo trdnost.

Istočasno sem moral paziti na to, da mi teža vozila ne uide iz željenih meja. LEGO kocke so sicer precej lahke, ampak pri stvaritvah, kot je tale mustang, se jih hitro nabere za kak odvečen kilogram. To so zelo lepo demonstrirali moji prejšnji izdelki, ki so bili tako težki, da so večino časa presedeli na polici, saj jih motor ni zmogel poganjati, podvozje je kapituliralo pod težo, zgodilo pa se mi je celo, da se je karoserija zaradi lastne teže prekomerno zvijala.

Prav toliko pozornosti sem posvetil motornemu prostoru, kjer sem želel ustvariti čimveč prostora za vse potrebne dele -- predvsem pnevmatske cevi motorja so mi povzročale dosti preglavic. Tukaj lahko opazimo še eno posebnost, ojačitveni letvi v obliki črke V, ki povezujeta sprednja pritrditvena mesta vzmetnih nog z mestom na požarnem zidu in dodatno preprečujeta prekomerno zvijanje prednjega dela.

Ostalo

Kaj nam še ostane? Malenkosti, seveda. Na NEST-u 2005, kjer sem avtomobil predstavil nekaterim radovednežem, so bila največje pozornosti deležna vrata in mehanizem za odpiranje pokrova motorja. Delujeta na zelo enostavnem principu zatičev, navodila za idelavo vrat si lahko tudi snamete z moje domače strani. Oboje sem razvil, ker sem želel na avtomobilu še tisti zadnji kanček realizma, iz istega razloga sem dodal tudi žaromete, ki jih napaja 9 voltna baterija.

Zaključek

LEGO kocke v pravih rokah že dolgo niso več samo igrača; ko se enkrat oddaljimo od enostavnih modelčkov, ki se jih da kupiti v trgovini, postanejo zapleteno orodje. LEGO poleg običajnih kock ponuja tudi več vrst računalniških dodatkov za modele, zelo znana je recimo serija Mindstorms, ki nam omogoča sestavljanje in programiranje robotov. V opisanem primeru izdelkov iz te serije žal nisem uspel nikjer uporabiti, morda pa bodo igrali vlogo pri razvoju naprednejšega krmiljenja ventilov in avtomatiziranih menjalnikih v kakšnem od prihodnjih izdelkov.

Moji naslednji koraki pri razvoju najboljšega LEGO modela bodo:

• povečanje števila obratov motorja (približen cilj je 2000)
• daljinsko upravljanje
• dodelan zavorni sistem na vseh štirih kolesih
• povečanje kvalitete in končnega izgleda izdelka (oboje primerljivo s tovarniškimi LEGO modeli)
• do NEST-a 2006 narediti model, v katerem bo domoval računalnik in bo istočasno tudi vozen

Na moji domači strani lahko najdete še kopico fotografij in posnetkov avta ter motorja v akciji, prav tako vas vabim, da sodelujete na forumu.